Исследование прочностных характеристик слоистых структур с различным распределением упругих свойств

• Автор: Емельянов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Благовещенск
• Количество страниц: 153 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СВОЙСТВ, МОДЕЛЕЙ, МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ
1.1. Современные инструментальные материалы с поверхностным градиентом свойств, методы их получения
1.2. Общие принципы конструирования инструментальных материалов с поверхностным градиентом свойств
1.3. Методы исследования структуры и физико-механических свойств поверхностно упрочнённых материалов

1.4. Физические и математические модели градиентных мат-

риалов

1.5. Выводы. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ УПРУГИХ И

ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛОИСТЫХ

МАТЕРИАЛОВ
2.1. Способ определения модуля Юнга в поверхностно-упрочненном материале и покрытии
2.2. Физическая постановка задачи
2.3. Математическая постановка задачи
2.4. Методика расчёта напряжённого состояния
2.5. Критерий прочности материала с поверхностным
градиентом свойств
2.6. Алгоритм расчета напряженного состояния и исследования прочности
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ
3.1. Фрактографические исследования процессов разрушения материалов с поверхностным градиентом свойств
3.2. Исследование модуля Юнга в поверхностно-упрочненных материалах
3.3. Исследования напряжённого состояния и прочности материалов с покрытиями
3.3. Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛИ МАТЕРИАЛА С ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ
4.1. Модель МПГС оптимальной конструкции
4.2. Реализация модели МПГС оптимальной конструкции
4.3. Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО МАТЕРИАЛА С ПОВЕРХНОСТНЫМ ГРАДИЕНТОМ СВОЙСТВ
5.1. Результаты и их анализ
5.2. Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В связи с появлением новых труднообрабатываемых конструкционных материалов, высокой стоимостью вольфрама и сокращением его запасов, а также необходимостью повышения стойкости твердых сплавов остро стоит проблема увеличения работоспособности режущего инструмента. В настоящее время для увеличения ресурса работы инструментальных и триботехнических изделий широко используются материалы с различными покрытиями [1-4]. Это связано с тем, что такие материалы обладают рядом комплексом свойств - это высокая прочность и ударная вязкость, обеспечиваемые основой, и высокие износо-, жаро- и коррозностойкость, обеспечиваемые покрытиями.
В зависимости от условий эксплуатации к получаемым изделиям предъявляют высокие требования как по износо-, жаро- и коррозиостой-кости, так и по прочностным показателям. В течение последних десятилетий было разработано много подобных материалов, которые создавались но принципу: «исходное сырье —* воздействие на него —* получение материала —» исследование физико-механических свойств, их оптимизация, исследование эксплуатационных характеристик; в результате чего получают работоспособную композицию».
Выбор составляющих и формирование нужной структуры композиционного материала (КМ) с целыо получения комплекса требуемых свойств - задача сложная и трудоемкая, если поиск проводить только экспериментальным путем. Создание этих материалов и широкое их внедрение связано как с дальнейшими фундаментальными исследованиями в классических областях физики твердого тела, так и с разработкой новых междисциплинарных подходов, основанных на системном анализе, имитационном моделировании на ЭВМ. Особенности разрушения композитов, связанные с многообразием ситуаций, возникающих на структурном уровне компонентов (расслоение по границам раздела, растрескивание

Целью данной работы является разработка материала с поверхностным градиентом свойств инструментального и триботехнического назначения оптимальной конструкции с обоснованным выбором параметров его структурных компонентов на основании теоретических и экспериментальных исследований, а также получение модели инструментального материала с оптимальным распределением упругих свойств в поверхностных слоях.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1) Разработать методику определения упругих характеристик как однослойных, так и многослойных покрытий.
2) Разработать алгоритм (методика) расчёта напряжённого состояния и исследование прочности МПГС инструментального назначения с привлечением современных методов механики деформируемого твёрдого тела и физики прочности, численных методов.
3) Изучить влияние параметров поверхностного градиента на прочность и разрушение МПГС.
4) Исследовать напряжённое состояние и прочность существующих инструментальных материалов с поверхностным градиентом свойств.
5) На основе полученной методики (алгоритма) и результатов получить и исследовать модель, описывающая материал с многослойным покрытием инструментального назначения, имеющего оптимальное распределение упругих характеристик.
6) По результатам проведённых исследований разработать и внедрить конструкции материалов с поверхностным- градиентом свойств.